Métabolisme prébiotique

Laboratoire d'études prébiotiques

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La continuité entre l'évolution moléculaire et l'évolution darwinienne

20.7.13 Paris

Introduction

Supposons qu'on ait décrit ou montré expérimentalement les différentes étapes du scénario pour passer du monde minéral au monde vivant. C'est ce que j'appelle l'évolution moléculaire. La question qui se poserait alors c’est comment peut-on passer de l'évolution moléculaire à l'évolution darwinienne basée sur la reproduction à l'infini d'une information structurée séquentiellement (linéairement), alors que l'évolution moléculaire, au départ, n'a pas d'information structurée apparemment.

Tout au plus la matière minérale peut-elle s'auto-organiser comme dans un cristal, ou en général par rassemblement d'entités semblables: les molécules d'eau se rassemblent pour donner le liquide, les molécules de sulfates de Zn pour précipiter en un minerai. Ce sont les propriétés classiques qu'on connait des éléments chimiques qui permettent de purifier telle ou telle molécule. Chaque molécule a une proprété intrinsèque, c’est son information ponctuelle. Ces molécules sont petites en général (qq atomes) et ne constituent jamais un groupement permanent constituant une entité identifiable dans le temps: tout cristal s'effrite avec le temps et à fortiori ne se reproduit et ne se multiplie pas.

- - - - - - - - - - - - - suite avec des points abrégés - - - - - - - - - - - -

Contrainte-libetré, action-réaction à distance, reproduction, l'organisation.
Constance-variabilité, action-réaction entre l'organisme et le milieu extérieur ou entre macro-molécules, l'organisation, reproduction à l'identique.
Ce qui manque pour le prébiotique c’est l'information ( et sa gestion = organisation). L'aboutissement de l'évolution moléculaire c’est la constitution de l'information.
Le passage de la contrainte-liberté vers la constance-variabilité permet de gagner en efficacité de l'action-réaction (rigidité renoouvelable grâce à l'information), en complexicité de l'organisation ( de + en + susceptible de destruction, mais renouvelable par la reproduction de l'information) et en la perfection de la reproduction. Ces 2 processus C-L et C-V coexistent dans le temps et l'espace. Si la C-V peut conduire à une complexité astronomique, elle peut cependant disparaître si l'évolution darwinienne disparaît après une catastrophe naturelle ou par cette complexité même. Le processus C-L peut toujours reproduire l'évolution darwinienne même s'il faut des milliards d'années. Mais la durée peut être limitée si l’on tient compte des bactéries et des virus. Il suffit que les conditions de l'évolution moléculaire existent, c.a.d le pétrole prébiotique.
Il y a hierarchie entre ces processus dans l’ordre suivant (pour les 2 évolutions, moléculaire et darwinienne):

C-L
organisation
action-réaction
reproduction

La mécanique quantique intervient dans action-réaction et la cristallisation dans les virus notamment pour HGT ( horizontal genes transfert )
Tout cela n’est pas possible dans un moule de surfaces minérales ( rigidité ).

- - - - - - - - - - - - - fin des points abrégés - - - - - - - - - - - - - - - -

L'évolution moléculaire dans le cadre du postulat de la poche de pétrole prébiotique

L'évolution darwinienne

Le passage de l'évolution moléculaire à l'évolution darwininienne

La force du postutlat de la poche de pétrole prébiotique comme point de départ de l'origine de la vie

comparaison avec le monde ARN qui nécessite les monomères et les surfaces minérales qui s’apparentent plus au minéral.

24-7-13 Paris

L'évolution est l'apparence, ce qu'on voit de l'extérieur.
Mais au point de vue moléculaire quelles sont les contraintes physiques qui permettent de passer d'une organisation à 2 dimensions, libre sans information (liposome) à une organisation semi-rigide, à 1 dimension, contenant une information (l'ADN)?

Dans le liposome la force physique principale est l'hydrophobicité + liaison hydrogène et ionique au niveau de la tête.
Dans l'ADN la force physique pricipale qui permet encore la liberté est la liaison hydrogène ( note du 28.5.13 : plus l'aromaticité, électrons en synergie). L'évolution moléculaire a créé entre-temps une chaîne de liaisons covalentes rigides et permanentes (stables) au contraire de l'ARN.

La seule contrainte qui puisse mettre côte à côte 2 ou pls nucléotides est la chélation par les peptides, eux-mêmes en liaison zwiterrionique avec les PLDs, comme pour l'établissement de la tête hydrohile à la Sérine.
Cette chélation entraine un cercle vertueux car elle entraine non seulement une catalyse + efficace mais aussi une organisation de + en + complexe qui rapproche certaines molécules. C'est la contrainte-liberté comme avec aa/PLD.
Cette chélation est beaucoup plus souple qu'entre aa-ion métallique car elle est n'utilise que des liaisons hydrogènes ou à la limite une liaison ester (ou phosphoester) déplaçable par équilibre physico-chimique.
Une autre contrainte de type plus globale est la synergie quantique créée par l'organisation physique du cytoplasme: les cations K+ constitueraient une sphère parallèle aux PLDs de la membrane et les chaines d'ADN se retrouveraient acculées au centre du cytoplasme. L'ADN circulaire est la forme géométrique idéale comme la sphère l'est pour le liposome.
Est-ce que cet arrangement PLD- K+ ADN- a une influence ou bien aide seulement la mise en place de la linéarité et de la séquencialité de l'ADN?
L'ARN par son instabilité crée des combinaisons catalytiques très nombreuses et la catalyse elle-même est très puissante et rapide et ne peut se structurer dans l'espace et le temps que grâce aux peptides: c’est l'évolution vers les ribosomes et les ribozymes.
Cette structure est très efficace pour créer des structures rigides comme les enzymes mais n’est pas assez souple pour perdurer fonctionnellement comme le liposome ni assez stable pour stocker éternellement l'information comme l'ADN. En effet l'ARN est très labile et même + que les enzymes.
L'ADN a une relation avec les peptides très différente. Je reprend ici (chiralité prébiotique) l'hypothèse que ce sont les dNTPs qui ont débuté l'évolution des acides nucléiques.

Les dNTPs ont, en monomères ( ou oligo-mères peu-être) un rôle de coenzyme, peut-être moins efficace que les NTPs, mais c’est intéressant pour le début de l'évolution moléculaire, car les évènements se feront lentement et l'information enregistrée dans les oligo-mères plus stable et donc plus permanente.
En plus l'évolution moléculaire de cette relation peptide/ADN se dirige vers la réplication et la transcription et non vers la traduction: évolution en continuité avec la reproduction des liposomes du prébiotique. Mais en plus, avec la transcription qui fait intervenir les 2 relations aa/ADN puis aa/ARN, cette évolution donne naissance à l'ARNm. De ce point de vue l'ADN est antérieur à l'ARN.
Les virus sont des cristaux d'où sauvegarde de l'information car les ribosomes sont plus difficiles à faire.

GNA: Glycérol à la place du ribose. Plus de stabilité qu'avec le ribose (ARN) ou le d-ribose (ADN). Les travaux ont été loin puisqu'avec une DNA polymérase des eucaryotes on a réussi à synthétiser du GNA. Mais l'efficacité n'est valable que pour les purines (A, G), elle est bcp + faible pour C et nulle pour T.
Le glycérol-P est mon favori pour l'initialisation du métabolisme (chiralité prébiotique) et c’est le sucre le plus simple découlant de la DHA des réactions de formose, hydrogénée lors de la formation du PLD.
Pour un début prébiotique il n’est pas nécessaire que le GNA soit aussi parfait que le DNA. Le DNA peut apparaître dans un 2^e temps quand le d-ribose, nécessitant une seule étape, apparaîtra. Le GNA sera certainement plus efficace que le DNA dans la catalyse ( mais moins que le RNA ), d'autant plus que les poly P-G existent et ont un grand rôle dans la membrane et constituent un stock de poly-P, dans le monde vivant actuel.
Quand apparaîtra le ribose-P, nécessitant 5 étapes, alors l'organisation de l’ensemble sera avancée et forte pour accueillir la frénésie du RNA.
TNA : Les travaux sont similaires à ceux du GNA et même antérieurs, mais les tétroses nécessitent au moins 3 étapes pour leur synthèse.

[ note du 4.8.13 : entre temps j’ai lu l’article du wikipédia concernant les DNAzymes. À ajouter au rôle de coenzyme des monomères dNTP, paragraphe avant GNA. ]

[ note du 29.8.13 : 2 bases successives sont séparées par un carbone de plus du squelette sucre-P chez DNA et RNA que chez GNA et TNA. La distance entre les bases doit avoir une très grande importance pour l'aromaticité. Les bases ne sont pas séparées par des molécules d'eau ou tout autres petites molécules. Elles sont côte à côte et donc leurs nuages d'électrons π peuvent rentrer en résonance créant des forces physiques immenses sur la chaine provoquant la réaction des enzymes de réparation. Nous ne sommes plus dans l'état liquide mais bien dans un état de cristal liquide. ]

Contrainte-liberté:

4.8.13

1. Thermodynamique:

Système ouvert, collisions au hasard = solution liquide. On parle d'énergie et d'enthalpie libres qui ne tiennent pas comptes de l'entropie. C'est le principe de liberté.
On peut arriver à un état très organisé en augmentant la pression hydrostatique et en diminuant la température: c’est la cristallisation. C'est le monde minéral, figé comme la mort. C'est le principe de contrainte.
Une situation intermédiaire existe où les 2 principes coexistent. C'est une surface minérale (+- ordonnée, cristal) en contact avec une solution aqueuse. À l'interface le réseau cristallin impose son ordre et permet des réactions chimiques dans la solution, réactions qui ne peuvent se dérouler dans la solution seule. Ceci est dû à la physique de la surface minérale avec d'immenses champs de forces électro-magnétiques, électriques ou ioniques.
Cependant on est toujours dans un système ouvert, l'organisation s'arrête à qq molécules de la surface, l'intérieur du minéral ne comuniquant pas avec le reste de la solution aqueuse. Un grand nombre d'expériences dans la littérature montrent la synthèse de nombreuses molécules biologiques avec les surfaces minérales.
Le principe de contrainte-liberté (les 2 précédents réunis dans ce concept) est représenté par les molécules en mouvement de la solution qui sont contraintes par la surface minérale pour établir des liaisons covalentes. C'est ce mélange d'ordre et de mouvement que je prends comme point de départ de l'évolution moléculaire avec les liposomes.

2. Les liposomes:

[dans l’introduction du 20.7.13 finir avec l'annonce des chapitres C-L/C-V, action/réaction, organisation, réplication en continuité entre la cellule actuelle et les liposomes. Dans les articles "chimio-osmose" et "chiralité" j’avais abordé ces concepts du point de vue processus qui définissent le liposome comme la 1ère entité prébiotique définissant l'être biologique et qui initialisent le métabolisme prébiotique. Dans cet article j'essaye de hisser ces concepts au niveau de principes fondamentaux communs et en continuité entre l'entité prébiologique et la cellule biologique vivante actuelle. ]
J’ai étudié dans "chiralité" le mouvement des PLDs dans le liposome. C'est ce qui m'a fait découvrir la possibilité de la mise en place d'une chiralité en vue d'une cohésion mécanique du liposome dans son ensemble. J'avais fait aussi dans cet article le parallèle, décrit dans le paragraphe précédent , avec les surfaces minérales pour la catalyse et l'initialisation du métabolisme. Le concept de contrainte-liberté était là mais pas explicité. Ici je vais l'expliciter et le comparer aux surfaces minérales du paragraphe précédent (thermodynamique), pour le hisser au niveau de principe fondamental.

Alors que les surfaces minérales sont planes et infinies, le liposome présente 2 surfaces sphériques fermées délimitant une mince épaisseur de nature aliphatique qui permet la communication entre intérieur et extérieur. (à développer, milieu fermé + diffusion +).
La surface minérale du liposome est constituée uniquement de l'ion phosphate PO4, molécule minérale à l'instar de SiO4 par exemple. Mais ces ions phosphates, attachés aux PLDs, sont libres et se déplacent tout le temps. Alors que dans les surfaces minérales les ions sont fixes et dans un plan alors que le liposome est fermé.
Chaque PLD a une tête zwiterrionique (2 ions) avec P^- et une amine⁺ou bien, presque zwiterrionique, avec P^-et un OH du glycérol (liaison hydrogène), ou bien il peut, à la surface interne, porter même 2 anions P^- et COO^-et un cation NH3⁺ dans le cas ddu PLD PS. Les surfaces minérales contiennent essentiellement des ions minéraux d'une charge électrique donnée, anionique ou cationique. Et en général on n'a pas d'entité zwiterrionique, même si des zones de charges différentes se trouvaient côte à côte.
Ainsi le concept de contrainte-liberté, dans le liposome, se trouve doublement présent et pour les molécules de la solution aqueuse qui sont contraintes par la surfaceionique apparemment figée, et pour les ions P^-qui peuvent se mouvoir dans un espace à 2 dimensions.
Cependant ce principe de C-L peut être mis en défaut dans le liposome si la surface se fige. Elle peut se figer ou devenir rigide (cristalline), comme les surfaces minérales, dans 2 cas:

Homogénéité des têtes hydrophiles conduisant à une cristallisation. Par simulation numérique j’ai pu constater qu'un liposome fait uniquement de PLD PG risque de se cristalliser grâce à l'établissement généralisé de liaisons hydrogènes comme dans la glace. La surface devient anionique seulement ( P^-) comme une surface minérale plane. Donc loin du vivant.
Les conditions de P et T sont telles que le zwiterrion se transforme en liaison ionique, comme dans un cristal. C'est le cas des hautes pressions. Et même à plus faible pression les PLDs pourront ne plus bouger et le liposome perd sa liberté et devient comme une surface minérale plane avec la solution aqueuse seule libre.

On voit ainsi que le principe C-L doit être généralisée, en tout cas au début de l'évolution moléculaire. Il faut que les 2 parties C et L soient intimement liées: la C représentée par la surface existe, mais dans cette surface les entités sont libres. Nous touchons là le principe d'organisation que je développe plus loin. Et là on peut concevoir l'évolution moléculaire comme une organisation de + en + rigide, ou complexe sans pour autant dépasser un certain seuil. C'est ce que je vais démontrer avec l'ADN et les facteurs de transcriptions après avoir décliné les 3 autres principes d'organisation, d'action/réaction et de reproduction.
Le principe C-L dans le liposome est dû aux forces les plus faibles, les forces de VdW. D'après le pragraphe précédent on voit que le principe C-L va évoluer en faisant intervenir des liaisons de + en + fortes, dans l’ordre croissant: VdW, hydrogène, anhydride d'acide, ester, amide, ether.

3. La sélection naturelle de Darwin:

6.8.13 Mont d'est

L'évolution darwinienne s'observe au niveau macroscopique, au niveau des espèces multicellulaires et monocellulaires, qu’elles soient procarryotes ou eucaryotes. Elle se définit par la constance des caractères dans l'espèce, et leur variabilité chez les individus. Au niveau moléculaire elle est sous-tendue par l'ADN. Or l'ADN est une molécule quasiment cristalline puisqu'elle est constituée de 2 brins linéaires cimentés par des liaisons hydrogènes entre toutes les bases nucléiques dont le nombre, en paires de bases, peut dépasser les 10 millions chez les procaryotes.

De ce point de vue, elle n'a rien à voir avec le liposome, mélange intime de contraintes et de libertés. Pourtant ses manifestations macroscopiques, constance et variabilité, sont les équivalents des comportements moléculaires du liposome, respectivement les comportements de contrainte et de liberté.
L'aboutissement de l'évolution moléculaire serait justement de reproduire dans l'ADN ces 2 principes fondamentaux, en une organisation de + en + structurée. Evolution moléculaire et darwinienne seraient ainsi basés sur les mêmes principes fondamentaux évolutifs de C-L (C-V), d'organisation (mémoire, information), d'action/réaction (chaines de contrôle) et de reproduction (réplication).

Le principe d'organisation:

1. Thermodynamique:

liaison ionique (électronique) chez les cristaux. Dans les liquides les ions sont entourés d'un nuage de H2O. Au lieu d'une liaison ionique nous avons un groupe de H2O orienté du - lié avec les H de H2O, au + lié avec le de H2O. Le nuage est sphérique. Donc la disposition des ions - et + doit avoir la même configuration que dans un cristal. Si on part d'un cristal sec d'eau, et qu'on y ajoute un tout petit d'eau, cette eau va s'intercaler entre le + et le - mais ne va pas détruire les positions relatives. Seules les distances et l'amplititude des vibrations changent. En solution (grande quantité d'eau) les + et les - ne se déplacent pas indépendamment les uns des autres et gardent de façon plus lâche la structure du cristal sec grâce aux grappes H2O orientées.
K+, NH4+ (et -NH3+) sont semblables en taille. Donc leurs nuages de H2O aussi et se rassembleraient. Et ce d'autant plus que si l'anion majoritaire est aussi de la même taille. C'est le cas du =PO4- . Ceci expliquerait pourquoi K+, par resssemblance avec -NH3+ et =PO4- , est à l'intérieur de la cellule et Na+ et Cl- à l'extérieur:

Nombre d'ions internes (e.coli), K⁺_i= 10⁸ Na⁺_i= 10⁶ ~ Cl ^-_i Na⁺_x/Na⁺_i = 20.
Les rayons ioniques (pharmacorama): Na⁺_r = 97 pm K⁺_r = 133 pm (+40%) NH4⁺_r = 145 pm (+5%) Cl ^-_r = 181 pm (libre et unique). Ca⁺⁺_r = 99 pm Mg⁺⁺_r = 66 pm. La polarisabilité est indiquée comme la conséquence du nombre d'électrons: Na⁺ = 10e, K⁺ = 18e. Problème du rayon ionique de NH4+ : Atkins De Boeck Supérieur 1998 page 265, 137 pm. Wiki anglais, 175 pm. d'autres: égale à K⁺_r.

Éléments Li⁺ Na⁺ K⁺ Mg⁺⁺ Ca⁺⁺ Fe³⁺ F^- Cl^-

Rayon ionique A° 0,68 0,97 1,33 0,66 0,99 0,64 1,33 1,81

Enthalpie d'hydratation Kj/mol -519 -406 -322 -1921 -1577 -4430 -515 -381
=PO4^- fixe et gros, liaison P-O^- = 156 pm à laquelle il faut ajouter le rayon de O (wiki). (phosphate-verre 145 à voir annexe 3.1)

Ca++ : Les molécules de H2O doivent créer 2 grappes alignées, mais de sens opposés, pour s'attacher au Ca++ (répulsion électronique des atomes d'oxygène). Dans une solution, tout en conservant la configuration lâche d'un cristal avec les anions, le cation, de part sa double charge, va tournoyer et donc perturber les environnements H2O des autres ions et sera plus facilement chélaté par des molécules à 2 atomes donneurs d'électrons (paire d'électrons ou anion). Et ceci d'autant plus que le rayon ionique de Ca++ est grand. Dans le cas de Mg++, le rayon ionique est 50% plus petit, donc son tournoiement est moins perturbateur et plus difficile à chélater. Ce qui fait que dans E.Coli on ne compte que 40 cations ca++ de libres contre 2000 (?) chélatés alors que les cations Mg++ sont au nombre de 4000 et tous libres.
L'organisation des H2O et des solutions en général......

2. L'organisation du liposome:

7.8.13 Mont d'est

Rappel de la formation du liposome avec le postulat du pétrole prébiotique d'où l’article sur la chiralité prébiotique.
Séparation des phases grâce aux forces VdW
K+
Invagination et non auto-assemblage
Miise en œuvre de contrainte-liberté: liaisons anhydrides des ag d'où les PLDs à 2 alkyls
Formation des têtes: liaisons esters, DHA-P, PLDs PG PS puis PE (formose)
Chiralité + cohésion + dipôle + longueur des alkyls + pression
Initialisation du métabolisme d'où dATP = A + Glycéraldéhyde-P + Acétaldéhyde (mais pas de ATP)
dCTP, CTP, Ser: réunion ADN ARN Protéine.
Diffusion des petites molécules + indole + bases ....d'où chimie spécifique à l'intérieur = sucres + hélice α vissée à la membrane
Accrochage des aas par les têtes hydrophiles d'où pseudo-peptides, canaux
Enzymes dans ou fixées à la membrane. Enzymes libres ?? d'où métabolisme central
Conséquences: petits aas (DHA Ser Gly Cys Ala Thr), aas hydrophobes attrapés par la face externe (F W A ... G P)
Problème des autres aas EKQRH:

E en formant un cycle (wiki aas)
Q à l'intérieur E + NH3
K sous forme neutre elle devient quasiment aliphatique
R d’abord entrée d'ornithine (comme K) puis ajout à l'intérieur de carbamoyl-P.
H reste H

3. Organisation de l'ADN

8.8.13 Mont d'est

Je cherche ici à repérer le principe de contrainte-liberté (et non C-V qui est, on l'a vu, dû à la séquence des bases et de leurs modifications). C'est comme cela que j’ai découvert la chiralité avec le liposome en décrivant son organisation et sa formation.
La 1ère constatation qui paraît à priori triviale, c’est que les bases se présentent sous forme d'une séquence linéaire, bases ne pouvant jamais interagir à distance comme entre les aas d'une protéine qui est linéaire aussi. Une base n'interagit qu'avec ses 2 voisines, celle de devant et celle de l'arrière, en consolidant la structure par les forces de VdW et aromatiques. Et aucune base ne doit être libre (non appariée). Cette séquencialité est enfermée dans un coffre-fort par l'appariement stricte entre 2 brins complémentaires grâce aux liaisons hydrogènes nettement plus fortes que les liaisons de VdW et aromatiques aux-quelles elles s'ajoutent. C'est quasiment un cristal. Ce sont les attributs d'un support de mémoire. Cette mémoire représente l'enregistrement strict de toutes les étapes des nombreux processus de la vie qui se déroulent dans le temps et non dans l'espace à 3 dimensions. C'est une logique implacable et elle est linéaire. Elle ne peut être à 2 dimensions. Pour un processus donné le nombre et l'arrangement des bases devraient être toujours les mêmes.

On atteint le maximum du principe de contrainte. Je dis maximum et non total car les liaisons hydrogènes peuvent se faire et se défaire facilement. Il serait total si, à la place des liaisons hydrogènes, on avait des liaisons covalentes. Et ça sera un cristal, donc un minéral.
Le principe de liberté est ainsi introduit par les liaisons hydrogènes. Elles sont indispensables pour que la mémoire puisse être lue et que les processus de la vie puissent continuer. Mais en s'ouvrant elles obligent les bases à interagir avec l'extérieur (en dehors du chromosome). Ceci nous relie alors au principe d'action/réaction comme pour les têtes hydrophiles des liposomes qui interagissent avec son environnement. Mais le principe de liberté s'étend aussi, dans le cas de l'ADN, aux attaques du milieu extérieur: cassure du squelette ou des bases par les radiations ou des molécules étrangères au métabolisme. Mais même les molécules du métabolisme central peuvent attaquer les bases lors de l'ouverture des liaisons hydrogènes. La maintenance de l'intégrité de la séquence des bases est la garante du principe de liberté. Mais cela va au-delà de la correction des erreurs puisque cette liberté permet de créer d'autres arrangements et de là introduire la variabilité de l'évolution darwinienne. Comme la contrainte de cristallisation de l'ADN introduit la constance de l'évolution darwinienne.
La maintenance de l'intégrité de l'ADN constitue un métabolisme à part entière.
La constance et la variabilité existent aussi au niveau atomique, mais elles ne résultent pas du principe C-L , mais de l'état quantique des atomes. Ce sont d'ailleurs uniquement 2 atomes le phosphore et l'azote.

Le phosphore représente la constance puisque, quasiment, le phosphore se présente toujours sous la forme d'un tétraèdre H3PO4 dans le monde du vivant. Et même dans le monde minéral la plupart des minéreaux à phosphore sont faits de cette molécule. Il est rare de trouver le phosphore seul, sans oxygène, comme c’est souvent le cas avec As appartenant à la même colonne que le phosphore.
L'azote représente la variabilté. En effet l'amine -NH3+ a la particularité unique parmi les éléments de changer périodiquement de conformation avec une fréquence de 24 GHz. Ce changement de configuration est d'une grande importance au niveau de la tête hydrophile des PLDs et des aas. Importance pour la cohésion du liposome, par l'intermédiaire de la chiralité, et de son approche par les aas.

La 2^e constatation c’est que le chromosome bactérienest très long, jusqu'à 10 millions de pb sans parler des eucaryotes dont certains chromosomes peuvent atteindre 500 millions de pb. Et comme c’est une double hélice, tout processus pour l'ouvrir entraine des déformations topologiques énormes. Et même impossible à établir comme dans le cas de la réplication. C'est pour cela qu'interviennent des protéines spéciales, gyrase, topoisomérase, qui reconnaissent ces déformations, les coupent au niveau de qq liaisons phosphodiesters et les ressoudent juste après. Ces déformations ne sont possibles que si la structure est souple. Pour cela il n'y a que les propriétés des bases qui puissent être adaptées, le squelette étant imposé par le sucre-P (dR-P pour les êtres vivants autres que les virus). Ces propriétés incluent le nombre de types de bases et les propriétés de ces bases. Comme pour la bicouche lipidique nous avons là associés les 2 principes de contrainte et de liberté.

Le nombre de types de bases dans l'ADN ne peut être que de 4. Quand on compare à l'ARN fonctionnelle, après modifications post-transcriptionnelles, où le nombre de types de bases se compte en dizaines, on peut se demander pourquoi l'ADN est limitée à 2 types de paires de bases. C'est le principe de contrainte qui le limite comme on l'a vu dans la linéarité de l'ADN. Mais c’est aussi le principe de liberté qui le limite, car le métabolisme de la maintenance de l'intégrité de l'ADN, garant de ce principe de liberté même, devient soit trop complexe soit peu fiable vis à vis de cette intégrité.
Mais on peut se demander pourquoi ne pas se limiter à 1 seule paire de base? On peut très bien, du point vue logique, constituer une mémoire avec 2 bases comme en informatique avec le zéro et le un. Seulement du point de vue topologique les contraintes sont les mêmes pour AT et TA par exemple. Donc pour la topologie on aura une uniformité. Et qui dit uniformité dit quantique et donc cristallisation et rigidité. Aussi le minimum qu'on puisse imaginer c’est 2 types de paires de bases. Cela satisfait le principe de contrainte qui doit être maximum. Le passage à 3 types de paires de bases peut être rédhibitoire pour des chromosomes de 10 millions de paires de bases comme on l'a vu pour la maintenance de l'intégrité. Cela peut être envisageable, cependant, au début de l'évolution moléculaire avec de petits brins de qq centaines de paires de bases.
Pour les chromosomes très longs on peut améliorer la souplesse des 2 types de paires de bases en choisissant les propriétés des bases. Comme précédemment ce n’est pas les propriétés intrinsèques des 2 types qui doivent être prises en compte, mais seulement la différence de souplesse. Si cette différence est trop grande on touche au maximum du principe de contrainte, par contre la maintenance de l'intégrité de l'ADN ne devrait pas beaucoup changer. Mais même pour ce dernier point les propriétés intrinsèques de la base restent primordiales. C'est le cas notamment pour le choix de dTau lieu de dU.

La 3^e constatation c’est qu’il existe des protéines qui ne font qu'ouvrir le double brin pour initier la transcription qu'on appelle les facteurs de transcriptions. Ils n'ont aucune activité enzymatique classique d'établissement ou de rupture de liaisons covalentes. Les radicaux de leurs aas doivent établir des liaisons ioniques et hydrogènes avec le squelette de dR-P, comportements qui sont proches de l'encapsulement des sucre-Ps du métabolisme central. Mais ils doivent établir aussi des liaisons hydrogènes avec les 4 bases nucléiques. Ce qui est beaucoup moins fréquent dans le métabolisme central. Ensuite ces protéines doivent progresser pour établir de + en + de liaisons pour progresser. Comme l'ADN est une double hélice, ces protéines doivent avoir aussi des hélices α et comme ces dernières ont une hélicité droite, ellespeuvent progresser le long de l'ADN comme on enfonce un tire bouchon. Nous retrouvons là une autre utilisation et de la chiralité des sucre-Ps et de celle des aas pour la pénétration des hélices α dans la membrane. Ainsi on connait maintenant l'origine ou plutôt la nécessité (la contrainte) d’avoir ces aas. Ce sont QRSL (voir tableaux des comptages des aas pour les facteurs de transcriptions, en préparation):

R pour la charge + qui s'accroche au squelette de charge - de l'ADN. R peut créer aussi des liaisons hydrogènes avec les bases.
Q pour principalement ses liaisons hydrogènes avec les bases.
S et L pour les hélices α
Les aas hydrophobes pour les relations hydrophobes avec les bases
K est moins représentée que dans les protéines libres
K et R dominent dans le ribosome (avec E?).
On peut ainsi expliquer la longueur de ces aas par hélice α et intéraction avec ADN et ARN.

Le princide d'action/réaction

10.8.13 Paris

1. Thermodynamique:

Hierarchiquement le principe de C-L est en 1er par rapport à celui de l'organisation comme on l'a vu précédemment. La contrainte est produite par une force omniprésente et isotrope. Elle est représentée par la pression hydrostatique dans l'hypothèse de la poche de pétrole prébiotique (ref.). Voilà donc l'origine de l'énergie organisatrice nécessaire à l'évolution moléculaire dans ce type d'hypothèse.
On peut voir une contrainte comme un contrôle. Mais celui-ci possède une notion de finalité: on contrôle un processus pour arriver à un objectif déterminé d'avance. Si mainteneant on enlève cette notion de finalité le contrôle devient une action ponctuelle dans l'espace et le temps, qui peut n'avoir aucun objectif déterminé. À cette action sur une entité donnée celle-ci réagit par une réaction, une force opposée pour revenir à son équilibre de départ.
La physique classique étudie les forces, avec les notions d'action/réaction, d'un point de vue humain. On part d'un objet solide, assez gros pour qu'on puisse le manipuler: ce sont les forces de contact. Mais on peut aussi étudier la gravitation et l'électro-magnétisme en invoquant une force qui agit à distance et se propage dans le vide. On utilise ici aussi des objets solides.
Ensuite on a appliqué ces principes à tout processus physique. Appliqués aux gaz cela a donné la thermodynamique qui s'en sort assez bien. Appliqués à la lumière, par contre, cela a abouti à des paradoxes qu'on a résolu avec la mécanique quantique qui associe dans une même équation onde et corpuscule (notion de point matériel ou de corps solide). Mais appliqués aux liquides, ces principes de physique des solides ont donné l'hydrodynamique, matière très obscure puisqu'elle ne tient pas compte (par simplification) des forces électro-magétiques et chimiques entre les points matériels avec lesquels on modélise un liquide. Les résultats de la thermodynamique et ceux de la physique quantique, appliqués aux liquides, ont abouti à la chimie moderne en simplifiant à l'extrême la mécanique quantique. Or l'évolution moléculaire ne permet pas la simplification tant les relations, entre le nombre incalculable de molécules mises en jeu, dépassent l'entendement et même les possibilités des simulations numériques. De même le principe d'action/réaction de la physique classique (point matériel) n'est plus pertinent dans un liquide. Et même l'action à distance de l'électro-magnétisme n'est plus possible, parce qu’il n'y a pas de vide dans un liquide. Il faut un processus puissant, externe au liquide, pour agir à distance sur toutes ses molécules, mais qui en fait transmettent l'action de proche en proche. Une molécule donnée du liquide ne peut agir sur une autre molécule que par l'intermédiaire de ses molécules voisines. Il n'y a plus de force de contact (il faut un corps solide) ni d'action à distance. Il n'y a plus que l'attraction des noyaux atomiques et la répulsion des nuages électroniques des molécules. La résultante de ces 2 forces est équilibrée par la pression hydrostatique en un point donné de la molécule. Comme la pression hydrostatique varie avec la distance, la molécule sera toujours en mouvement. La distance entre les centres de 2 molécules est une mesure de la pression hydrostatique qui n'est autre que l’expression de la gravitation. Et comme l'origine de cette pression n'est d’autre que la matière (électro-magnétisme), la gravitation serait de nature électro-magnétique, sans champs ni électriques ni magnétiques. C'est ainsi que la gravitation attire toujours vers le centre d'un amas de matière, puisque le gradient de la pression est dirrigé vers le centre.
11.8.13 Paris
[ '''Note: ajouter le principe d'initialisation

L'initialisation est imparfaite: avec les molécules étrangères (bases, His....) et fabrique les 1ères petites molécules (Ser, Gly, Asp). Pour l'ADN piégeage des aNs par les facteurs de transcription, auto-duplication de qq aNs ---> oriC, mais aussi origine du processus de fabrication par morceau et non nucléotide par nucléotide en séquence, puis correction des erreurs ce qui donne initialisation du processus de fabrication de l'ADN, de la réplication et du métabolisme de maintenance de l'ADN (variabilité de Darwin).
Évolution lente initialisée par le principe de contrainte/liberté puis par le principe d'organisation et enfin par le principe d'action/réaction.
Ce principe d'initialisation concerne 6 métabolismes:

Organisation de la communication entre intérieur et extérieur à travers la membrane : canaux, diffusion, têtes hydrophiles, protéines membranaires.
Le métabolisme centrale: voir chiralité prébiotique.
La maintenance réparatrice de l'ADN.
Les modifications post-transcriptionnelles.
Les modifications post-trductionnelles.
La construction de la paroi bactérienne.

A priori les initialisations des métabolismes pourraient démarrer avec des réactions chimiques ou à la rigueur avec 1 coenzyme (métal) + qq aas.
Ces métabolismes ont leur existence propre comme en automobile est la soustraitance de la finition ou des finitions. Le processus principal étant le liposome, l'ADN, l'ARN et enfin les protéines. Processus principal et métabolismes coopérant en un cercle vertueux. ]

2. Le liposome:

Quantique, volume du liposome et pression hydrostatique.
Action locale quand une liaison chimique se forme (covalente ou hydrogène) suite à une pression locale qui rapproche les atomes ou les molécules concernés.
Le pouvoir d'organisation du nuage des molécules d'eau autour d'une molécule (ou un ion) varie bcp d'une entité à une autre. Les ions des métaux de transition sont d'autant + organisateurs que le nombre d'électrons de la couche 4d augmente. C'est ainsi parce que leur nuage électronique des couches 1+2+3 contient déjà 18 électrons. Et c’est pour cela que P, K et S sont les premiers organisateurs de la structure: P pour la membrane, K à l'intérieur et S pour les clusters catalytiques (+ Mo).
Transmission:

Ensuite le changement dû à l'action locale est transmis radialement. Le cheminement de ce changement de proche en proche peut provoquer aussi une action locale.
L'environnement proche de l'action locale réagit (réaction) ce qui provoque un 2^e changement qui est transmis à aon tour radialement.
Cette transmission à distance de ces changements correspond au principe théorique de la physique classique de l'action à distance (on remarque que la plupart des cas en physique classique on ne parle pas de réaction à distance. L'action/réaction se fait souvent au point de contact). Toute action à distance ne peut être qu'organisatrice l'établissement d'une liaison chimique n'étant pas explosive). Soit elle est en synergie avec l'organisation déjà existante, soit les 2 principes de contrainte/liberté et d'organisation l'intègrent dans leur processus, soit dynamiquement en donnant du mouvement à certaines structures, soit en améliorant l'organisation générale. C'est comme quand on retire une pièce d'un échaffaudage: soit cela est prévupour positionner correctement et lentement une structure, soit ce n’est pas le cas et on remet la pièce ou une autre plus adéquate. L'échaffaudage est bien imagé, car les actions locales (établissement de liaison chimique) produisent des changements de faible amplitude par rapport à une organisation de la taille du liposome.
La boucle action/réaction, organisation et contrainte/liberté est vertueuse. Elle est sans fin et produit d'autres structures où s'installe cette boucle: liposome, ADN, membrane nucléaire, organites, organisme .... et ainsi de suite sans parler de la reproduction qui duplique les structures déjà existantes (liposome, ADN).
Les dipôles, la chiralité et la transmission à travers la membrane:

2 chaines: Il n'y a pas de vide dans le liquide. Par contre la membrane est constituée à l'intérieur de 2 feuillets de chaines aliphatiques, l'un en face de l'autre. Doivent-ils se toucher pour communiquer? On a l'impression qu’il n'y a aucun processus (au niveau des têtes) qui puisse éloigner 2 chaines pour créer un vide. Dans ce cas l'interpénétration des 2 chaines ne peut être que fortuite et serait plutôt génante, car si elle était généralisée elle enlèverait une liberté à la structure: les 2 feuillets se déplacent indépendamment l'un de l'autre, ce qui assure l'autonomie du milieu intérieur (cytoplasme). Donc s'il y a action à distance dans le vide, elle devrait se faire à très courte distance ou bien même, les processus des têtes (par la chiralité notamment) annulent constamment cette distance. Il faut bien noter que la longueur des chaines aliphatiques est très contrôlée et ne varie qu'avec la pression hydrostatique, la gamme des températures où vivent les bactéries étant étroite. Aux limites des températures elles répondent par une consolidationde la paroi et dans les archées la nature de la chaine se munit de nombreuses insaturations pour répondre aux vibrations dues à la température et va jusqu'à éliminer cette liberté de 2 chaines indépendantes pour n'en constituer qu'une seule, polyinsaturée chez certaines archées. C'est la disparition de ce degré de liberté qui me fait penser que les bactéries sont apparues avant les archées. Car on touche là au principe de contrainte/liberté.
La transmission: Elle est bcp plus rapide que dans un liquide désordonné (ou plutôt complexe). Elle sera d'autant plus rapide que l'action locale mette en jeu un proton H+. La chaine aliphatique est faite de 16 ou 18 C et donc de 32 ou 36 H, tous identiques. Le principe d'indiscernabilité de la mécanique quantique (les fermions, les photons) fait qu'en principe le proton devrait se déplacer à la vitesse de la lumière. Mais ce n’est pas le cas, même pour un électron qui passe d'un nuage électronique à un autre, car H doit passer d'un carbone à un autre, sans pour autant établir de liaison covalente. De ce point de vue là, chez les archées la transmission maximum à travers la membrane se fait par les électrons en passant d'une double liaison à l'autre. Cette transmission doit être plus rapide. Cela s'explique par la rapidité des changements dus à la température.
Les dipôles et la chiralité:

Les dipôles des têtes hydrophiles sont très puissants et ceux des 2 feuillets dirigés l'un vers l'autre, à une certaine distance, se repoussent mutuellement. C'est pour cela que les chaines courtes, dans l'eau, donnent des tuyaux avec les têtes à l'intérieur et les chaines à l'extérieur, au lieu de donner des bicouches. Quand les chaines atteignent une certaine longueur la répulsion est équilibrée par les très faibles dipôles des chaines. Dépassée une certaine longueur les attractions hydrophobes deviennent un frein aux déplacements et le poids de l’ensemble tend à la précipitation (les cires). La longueur des chaines doit normalement augmenter avec la pression hydrostatique qui tend à rapprocher les têtes (ref.). C'est ce que l’on constate chez les bactéries à 500 bars. Ces considérations de répulsion sont valables qq soit la nature de la tête. Dans le cas où il n'y a que l'acide carboxylique, les têtes réagissent en créant des liaisons anhydrides entre 2 têtes et les chaines peuvent être plus courtes. Dans le liposome le P a un dipôle bcp + puissant que le carboxyle, mais il est équilibré par le bras aminedu PLD voisin. Dans les bicouches à carboxyles le mouvement des 2 acides gras en liaison anhydrique est chaotique et à toute action locale qui attirerait le couple vers l'extérieur de la bicouche, celle-ci réagirait par la force hydrophobe liant l'acide gras concerné avec ses voisins. Ceci a 2 conséquences: l'action locale doit être forte donc insensibilité aux actions faibles; Ensuite quand l'action se produit, elle désorganise toute la bicouche. Une action locale qui pousse la tête vers l'intérieur de la bicouche est contrée par la réaction des dipôles.
La chiralité du bras aminé (ou glycérole) permet de réagir rapidement sans faire intervenir les forces hydrophobes des voisines et devient par là même plus sensible aux faibles actions locales dont les plus nombreuses sont les liaisons hydrogènes. C'est ce degré de liberté qui apporte fluidité et sensibilité nécessaires au principe d'organisation. J’ai montré la nécessité de la chiralité L dans "chiralité prébiotique" (ref.), mais j’avais employé des notions de physique classique. Ici la chiralité L s'avère encore plus adéquate avec le principe d'action/réaction en milieu liquide.

Le potentiel électrique:
Le potentiel électrique a été invoqué abondamment pour expliquer la chimio-osmose au niveau du liposome. Seulement cette notion est de type physique classique dans l’article de Mitchell (ref.) fondant cette découverte, comme aussi dans mon article chimio-osmose prébiotique (ref.). Les protons sont vus comme particules électriques qui s'amassent sur une face de la membrane, et on imagine l'établissement d'un champs électrique à travers la membrane. Mais d’après les paragraphes précédents, comme il n'y a pas de vide, il n'y apas de champs électrique et ce qui s'amoncelle sur la face de la membrane sont des ions H+ entourés d'un nuage de molécules d'eau. Les forces qui lient les molécules d'eau sur la face ne traversent pas la membrane puisqu’il n'y a pas d'eau entre les chaînes aliphatiques. Le champs électrique s'est déplacé (les électrons) le long des atomes C et H pour attérir dans la tête hydrophile et les molécules d'eau de la face opposée. Là il y a établissement d'une contrainte sur les 2 faces.
Le principe de contrainte/liberté intervient alors soit en faisant migrer des cations de l'extérieur vers l'intérieur avec leurs nuages d'eau, soit en organisant les liaisons hydrogènes entre la tête hydrophile et des aas hydrophobes, tous les 2 zwitterioniques, pour faire pénétrer les aas dans la membrane, constituant des canaux non liés par des liaisons covalentes.

3. Le principe d'action/réaction avec l'ADN

Alors que les 4 principes de C/L, d'organisation, d'a/r et de reproduction existent dès le départ de l'évolution moléculaire, à l'état de bribes pour le liposome, pour l'ADN ni le principe C/L ni celui d'organisation ne peuvent être là concrètement et en œuvre, puisque cet ADN n'existe pas encore. Tout au plus on peut dire que le futur du liposome est d'évoluer vers plus de contrainte avec une liberté diminuée mais adéquate pour maintenir l'évolution moléculaire.
Mais nous ne savons pas comment. La seule initiation possible ne peut venir que du liposome et dynamiquement par continuité de ces processus. Cette initiation ne peut être que le fait du principe d'A/R du liposome. Cependant le liposome définit dès la formation de la bicouche (même sans tête de phosphate) une zone de l'espace intérieur qui la propriété de contrainte (la liberté étant l'espace non réduit à un point ), puisque les têtes ioniques, qu’elles soient carboxyliques ou P, convergent leurs nuages de molécules d'eau vers le centre. C'est une propriété quantique de la bicouche. Ensuite l’ensemble de l'intérieur est un espace organisé puisque les anions de P du feuillet interne sont obligatoirement équilibrés par des K+, rangés en une sphère parallèle au liposome. Et pour équilibrer ces derniers il faut des P au centre. J’ai évoqué P et K parce que ce sont des organisateurs comme on l'a vu au début (et peut-être tout simplement si le bras aminé est un glycérol, donc pas de zwitterion). La tête zwitterionique des PLDs apportent cependant plus de liberté au centre, nécessaire pour l'initiation de la structure de l'ADN.
Donc ce sont les A/R du liposome qui vont initier la mise en place de l'ADN. Nous avons vu que dans le principe d'organisation de l'ADN, la séquence des bases représente la mémorisation des étapes de la fabrication de l'être vivant. Donc les processus d'A/R du liposome y seront aussi enregistrés.
Qu'elles sont les étapes initiales de la mise en place de l'ADN?
C'est en me rendant à l'évidence que la pièce centrale du puzzle qu'est le ribosome ne puisse effectuer son processus de traduction que si les aas utilisés pour faire une protéine doivent faire partie prenante, d'une façon stricte et contrainte, à ce processus. Or nous savons que la liaison protéine/ARN se fait par des liaisons hydrogènes, ce qui serait adéquat pour l'initialisation de l'ADN qui utilise fonctionnellement les liaisons hydrogènes. Mais l'ARN ne peut constituer une mémoire car il est transitoire et très labile. Par contre il est renouvelé indéfiniment à partir de l'ADN qui joue le rôle de support de la mémoire.
Je me suis retourné alors aux protéines qui se lient à l'ADN et pour que ça soit le plus simple possible (principe d'initialisation), il ne faut pas qu’elles aient des activités catalytiques, alors que les protéines du ribosome peuvent en avoir. Les facteurs de transcription étaient tout indiqués.
Est-ce que les facteurs de transcription remplissent toutes les fonctions du principe d'A/R?

Il faut que tout le processus d'action du liposome puisse se réaliser. En effet:

Nous savons que le dR-P peut être initialisé par le métabolisme central naissant dû au liposome (ref. chiralité prébiotique).
Nous savons que les bases nucléiques sont hydrophobes et peuvent traverser la membrane.
Nous savons que les protéines peuvent se former , suivant le principe d'initialisation. Cependant ces protéines doivent contenir les aas nécessaires à la reconnaissance de l'ADN. C'est ainsi que j’ai admis que les aas EQRKHL peuvent être produits par le métabolisme central naissant ou transportés par diffusion à travers la membrane sous forme hydrophobe:

E en se cyclisant et une fois à l'intérieur réapparaitre et être aminé en
Q (E+NH3) par le métabolisme naissant.
K étant donné sa longueur et si NH2 n’est pas protoné peut passer la membrane.
R serait le produit de l'ornitine qui passerait comme K et serait transformée en R avec du carbamoyl-P et NH3 du métabolisme central naissant.
H passerait (avec C?) en chélatant les métaux de transition, notamment Zn.
L J'avais admis par ailleurs, dans chiralité prébiotique (ref.), que les aas hydrophobes sont introduits dans la membrane et puis passent dans le cytoplasme, par le principe d'A/R du liposome, et notamment L.

J’ai vérifié que ces aas EQRKHL sont en abondance dans les facteurs de transcription (ref.), relativement par rapport aux enzymes libres du cytoplasme (ref.) et aux hélices α des canaux et pores membranaires (ref.).
Certains facteurs de transcription peuvent très bien exister avant l'apparition de l'ADN car issus du principe d'A/R du liposome. Comme les peptides chélatant Zn ou d'autres métaux pour faire passe His. Ces facteurs sont petits (principe d'initialisation) et très organisateurs puisque contenant des métaux de transition qu'on a vu très organisateurs.

Il faut que le facteur de transcription naissant puisse réagir à l'action du liposome, c’est le cas qu'on souhaite en intégrant des dNs ou des oligo-dNs. Cependant pour que l'évolution suive son cours il faut que l'ADN produise sa propre action vers l'ARN et qu'elle s'organise pour arriver à un début de contrainte.
En effet on peut considérer ces facteurs comme des pièges à dR-Ns ou à R-Ns quand le ribose commencera à apparaitre dans le métabolisme naissant. Les monomères peuvent servir de coenzymes (d’abord dR-N voir chiralité ref.) puis les oligomères peuvent se combiner à certaines protéines du principe d'A/R du liposome pour rentrer en synergie avec le métabolisme naissant.
A ce point nous rentrons dans le monde ARN très complexe et qui a été étudié largement. Toute une recherche sera nécessaire pour continuer le processus de l'évolution moléculaire après l'initialisation de l'ADN. Cependant l'hypothèse que les AGN soient à l'origine de l'ARN et/ou de l'ADN parait très intéressante du point de vue du principe d'initialisation. Car le polyglycérophosphate apparait dans le métabolisme central actuel et j’ai montré dans chiralité prébiotique qu’il apparait sous la forme 3 suite au piégeage du DHA par la contrainte des têtes carboxylées.
Cependant si c’est le cas il faut expliquer pourquoi l'évolution moléculaire le remplace par 2 molécules à comportements évolutifs opposés que sont la quasi cristallisation de l'ADN d'un côté et l'hyperactivité catalytique ainsi que la fragilité de l'ARN.
Il me parait tout à fait logique que l’objet du principe d'action/réaction soit distinct de l’objet des principes C/L et organisation. Ce que remplirait l'AGN. C'est comme s'il y avait une auto-activation, ce qui ferait boule de neige et bloquerait l'évolution moléculaire: l'ARN activant la production de l'ARN, l'ADN par l'ADN et le PLD par le PLD. Cela constituerait des boucles très courtes.
Aussi s'il s'avérait que l'AGN est à l'origine de l'ARN et de l'ADN, il faut que seul l'ARN le soit d'autant plus que l'ADN apparait rapidement dans le métabolisme naissant (voir chiralité prébiotique). L'ARN rempacerait plus tard l'AGN beaucoup plus adapté comme on l'avait vu ci-dessus.
L'hypothèse des facteurs de transcription (des pseudos) me parait intéressante car, en plus de remplir les fonctions du principe d'A/R ils semblent pouvoir initialiser la réplication de l'ADN comme le principe C/L introduit l'organisation et celle-ci introduire le principe d'A/R. En effet ces facteurs reconnaissent des séquences avec des motifs répétés et ou palyndromiques. Les facteurs eux-mêmes (doigts de Zn, HTH ....) ont des géométries analogues. La fabrication de la séquence d'ADN, enregistrant les étapes des actions et réactions, serait provoquée par les agents du principe d'A/R et en plus, en dupliquant les motifs, il est plus facile de fabriquer une séquence proche de l'antécédante en changeant qq bases seulement. Ce qui non seulement initialise le principe d'organisation de l'ADN mais initialise aussi le métabolisme de maintenance. Ce processus organisateur de l'ADN débouche sur l'initialisation de la réplication grâce aux processus d'appariement des bases qui sont le fondement du principe de C/L de l'ADN.
Ce qui est inoui dans ces facteurs c’est que le facteur d'initiation de la réplication reconnait un motif de même nature, mais en plus il est petit, à peine 248 nucléotides chez E.Coli. Il contient 3 fois un oligo de 13 N et 4 fois un olgo de 9 N. Il s’appelle Oricchez E.Coli.

Le principe de réplication

Ce principe doit perpétuer une organisation donnée ayant les capacités d'accomplir les 3 principes précédents (C/L Organisation A/R), mais d'encréer de nouvelles par le mécanisme de duplication de l'ADN. Ce principe s'applique au liposome, mais il y est rudimentaire.
 L'évolution moléculaire aboutira à l'évolution darwinienne en ajoutant un métaprocessus chapeautant les 3 autres qui est l'échange des gènes et leur mixage par la sexualité et les virus. (+ polyploïdie)
 Les virus snt constitués d'ARN surtout. L'hyperactivité de l'ARN le désavantageait jusque-là mais sa cristallisation en présence de protéines lui permet d'approcher l'éternité tout en renaissant quand il rencontre de l'ADN et la machinerie qui va avec pour produire, dupliquer, et son ARN et ses protéines. Par là il transfère horizontalement les gènes entre les organismes qui, même s'ils disparaissent, les virus sont là pour continuer l'évolution moléculaire et repartir plus rapidement que si on partait de zéro.

16.08.13 Villette avec Elsa, dans le métro.

[ DNAzyme, GNA ne prend pas thymidine ]

Principe de production: Il devrait se mettre avant réplication. Alors que le principe de C/L permet une synthèse de masse, continue, ce qui permet de passer au principe de l'organisationde cette masse, le principe de production devrait synthétiser des molécules à la demande en réponse à une action et ceci avec l'aide (et le contexte) du C/L. Cette réponse est ponctuelle et devrait synthétiser, en petite quantité, des molécules correspondant à l'action. Ces molécules se déplacent tout en restant dans le contexte C/L et peuvent s'organiser localement et répondre à d'autres actions/réactions.
Chez E.Coli les 1ères étapes de l'évolution moléculaire en question: LGA (P?), éthanolamine.

Poster

18.08.13 Paris dimanche Poster pour HGTS de Londres le 5 et 6.09.13

Concept global de l'origine de la vie

Poster de haut en bas et de bas en haut

De haut en bas

Introduction: les virus, l'ADN, les protéines, le liposome, les surfaces minérales, le Postulat.
- Cristallisation = contrainte
- L'ADN organisé et cristal = organisation
- Les protéines sont des démons = organisées, cristal, A/R.
- Liposome = cristal liquide, organisé, A/R
- Vésicule réverse = contrainte seulement sans A/R, production
- Surface minérale = contrainte + production.
Le virus a atteint le stade de cristal qui peut se reproduire. C'est le stade ultime (éternité spores). Mais il a besoin de l'ADN pour se reproduire. Peu de mémoire qui aura besoin d'une bactérie pour se reproduire.
L'ADN ne peut faire comme le virus que s'il a une petite taille. Or l'ADN est un support de mémoire. Et pour être autonome (embarque aussi le programme des ribosomes) elle doit pouvoir réagir à toute situation d'où une grande mémoire difficile à cristalliser:
- peut se reproduire par appariement
- A/R grâce aux facteurs de transcription qui ont induit sa fabrication.
Les protéines, A/R par petites molécules et métaux, ne peuvent pas se reproduire. La fabrication des protéines est induite par A/R à l'environnement des liposomes.
Le liposome: 1er démon, auto-assemblage (processus mécanique), cristal liquide.
- Reproduction par fission.
- Liaisons VdW
- Têtes zwitterioniques piègent les aas.
- Fabriqués à partir des vésicules réverses
Les vésicules réverses: surface ionique non cristalline contraignant la fabrication des têtes. Reproduction par fission comme les liposomes.
Les surfaces minérales: catalyse par contrainte des ags et soupe prébiotique (pétrole).

De bas en haut

19.08.13 Noisy

Global concept

L'évolution moléculaire est le processus qui fabrique le vivant à partir du minéral.
Dans le monde minéral le cristal a une cohérence physique qui le rend parfait, éternel, mais ne permet pas sa reproduction. Cette cohésion se retrouve chez les virus qui se perpétuent sous forme de cristal de protéines et d'acides nucléiques. Les virus paraissent ainsi comme l'aboutissement de l'évolution moléculaire: un cristal qui peut se reproduire.
Mais les virus ne peuvent se reproduire que dans une cellule. Donc l'évolution moléculaire passe d’abord par une structure qui peut se reproduire mais qui n'est que partiellement cristalline. En effet la cellule est constiyuée de 2 entités reproductibles: L'ADN qui contient le programme (support de la mémoire) de fabrication se reproduit par appariemment (comme le fait le virus) et a une structure cristalline; En second lieu le liposome qui définit un espace fermé où l'ADN peut être produite suite à l'ntéraction du liposome avec son environnement. Le liposome a une structure de cristal liquide et se reproduit par scission. la synchronisation de ces 2 types de reproduction donne naissance à la cellule.
Le liposome parait ainsi comme le début de l'évolution moléculaire et doit être lui-même fabriqué par le monde minéral.
Le concept global de l'origine de la vie est un corpus de 6 principes fondmentaux qui sous-tendent l'évolution moléculaire du minéral vers la cellule procaryote ainsi que l'évolution darwinienne par la suite. Ces principes se traduisent par des processus physico-chimiques dans l'évolution moléculaire qui seront provoqués eux-mêmes par des processus macroscopiques (au niveau du temps aussi) dans l'évolution darwinienne.

Préalable

Postulat du pétrole prébiotique pour éviter toute polémique. Justification:

hydrothermales, Titan, expérimentation
vésicules et soupe prébiotique (clathrates)

L'initialisation d'un processus qui est sous-tendu par un des principes, tient compte de l'existant (molécules produites en petites quantités par les processus qui le précèdent). Ce qui fait que le processus peut être très lent et ne représenter que partiellement le principe qui le sous-tend.
Des boucles du scénario peuvent se dérouler de façon répétitive dans un cercle vertueux tendant vers ces principes de + en + parfaits.
Au début de la mise en place du concept global, il est facile d'imaginer les 1ères étapes de l'évolution moléculaire ou les étapes précédant un processus finalisé comme on le connait dans la cellule. Par contre les scénarios resteront en pointillés entre ces 2 points, de départ et d'arrivée, tant que ces derniers ne soient confirmés par l'expérience ou par consensus. Aussi les scénarios que je présenterai seront toujours à l'état d'ébauche.

20.08.13

Les principes

C/L

21.08.13 Paris

Les 4 principes fondamentaux s'appliquent aux surfaces minérales, au liposome, à l'ADN, à l'ARN et aux protéines. Les protéines sont initialisées sous forme de peptides par le liposome et deviennent:

des démons de Maxwell piégeant les petites molécules d'où des réactions enzymatiques aux directions imposées. Il n'y a pas de réseau de réactions chimiques dans un liquide. C'est le principe C/L qui y est appliqué.
des messagers transmettant les A/R du liposome vers l'ADN. Au début ce sont d’abord des démons de Maxwell piégeant des dNTP pour initialiser l'ADN.
une partie de ces messagers liposome/ADN se transforment en machines-outils pour réparer et fabriquer l'ADN = intéraction entre 2 entités organisées. Une 2^e partie reste toujours messagère entre liposome et ADN. Une 3^e partie se combine avec l'ARN pour constituer les ribosomes. Une 4^e partie interagit avec l'ARN constituant des machines-outils post-transcriptionnelles. Ces protéines à l'origine des messagers ne sont plus des démons piégeurs par la suite dans leur intéraction avec les acides nucléiques.
Ce sont les principes A/R, organisation et réplication qui sont mis en jeu. Le principe C/L devient une transformation topologique continue qui a vocation à séparer les différents partenaires macroscopiques pour ne pas atteindre l'état de cristal. Les entités sont soit recyclées soit détruites (entités intermédiaires, labilité des protéines et des ARN). Il n'y a pas reproduction de l'ARN.
Les protéines membranaires en intéraction avec la membrane ne subissent pas ce principe C/L comme les acides nucléiques. Le principe C/L leur est appliqué de façon permanente. Elles font partie de l'organisation du liposome, deviennent rigides constituant des mécanismes ou des automates répondant aux A/R qui arrivent sur le liposome. En principe elles ne devraient pas être détruites, sauf lors de la destruction de la membrane, mais fabriquées de façon continue avec l'expansion de la membrane. Ce sont les voies de transport de matière ou de messages , mais aussi des usines fabricant de la matière souvent énergétique en réponse aux intéractions (A/R) de la membrane avec le cytoplasme ou l'extérieur, mais aussi entre différentes régions (avec des protéines) du liposome. Il y a reproduction de la membrane mais pas de ses protéines.
On voit ainsi que seuls l'ADN et le liposome qui se reproduisent.

25.08.13 dimanche retraite Paris

Intéraction protéine-protéine: ce sont les modifications post-traductionnelles.
Elle est de même nature que l'interaction protéine/ARN. Elle modifie fonctionnellement et structurellement la protéine concernée ou l'ARN. Cest tout à fait le contraire de l'interaction protéine/ADN qui interdit toute modification par la correction des erreurs et permet A/R en ouvrant, sans modifications, l'ADN.
Les interactions protéine/protéine ou protéine/ARN vont jusqu'à la destruction en passant par des modifications qui donnent des fonctionnalités inexistantes dans la mémoire de l'ADN.
Interaction protéine/liposome: en dehors des protéines membranaires intrinsèques qui y résident de façon permanente,la membrane peut servir à l'installation de la conformation de la protéine. La membrane sert aussi d'attache à certaines protéines.
Ici c’est C/L et organisation qui sont en jeu et non A/R et reproduction.
Il faut parler de

métabolisme centrale = petites molécules
métabolisme de réparation de l'ADN
métabolisme post-transcriptionnel
métabolisme post traductionnel
métabolisme liposomique, au-delà des petites molécules (piège, canaux....)
métabolisme de la paroi

Dans la cellule actuelle il n'y a pas de réaction chimique de type thermodynamique car elles interfèreraient avec les contrôles enzymatiques. C'est pour cela que le début de l'évoultion moléculaire se fait avec et dans la membrane. Le zwitterion de la tête hydrophile accroche (comme entre des pinces) le zwitterion d'un aa. L'ensemble peptide-membrane (ou plutôt pseudo-peptide, n'ayant pas de liaison peptidique) piège les petites molécules qui viennent de l'extérieur (bases nucléiques, pro-coenzyme, autres molécules comme indole qui donnera à l'intérieur le tryptophane....) et des petites molécules fabriquées sur la face interne et qui correspondent au métabolisme central. Avant que les enzymes ne deviennent libres dans le cytoplasme il n'y a pas de réactions thermodynamiques et les petites molécules, externes et internes, sont canalisées et réagissent dans des zones hydrophobes où les molécules d'eau y sont contrôlée aussi.
Ceci explique l'unidirectionnalité des hydrolyses et estérifications qui sont en chimie thermodynamique bidirectionnelles. Les enzymes se comportent comme des démons de Maxwell. Et le liposome est le plus grand, le 1er et le plus fort de ces démons grâce à sa taille. Mais cette taille ne doit pas dépasser une certaine limite car l'effet quantique qui fait sa force par rapport aux protéines, dépend de la taille de la membrane et de l'espace à 3 dimensions qu'elle délimite à l'intérieur. Plus cet espace est grand plus le désordre est grand. Il y a donc une taille optimale à déterminer par calculs et expérience. Elle doit dépendre de T et P. La pression doit être élevée pour que les molécules soient proches les unes des autres et que les processus quantiques se transmettent plus efficacement et rapidement. La température doit être optimisée aussi pour éviter désordre et cristallisation.
Aromaticité des bases nucléiques:

Éléments	Li⁺	Na⁺	K⁺	Mg⁺⁺	Ca⁺⁺	Fe³⁺	F^-	Cl^-
Rayon ionique A°	0,68	0,97	1,33	0,66	0,99	0,64	1,33	1,81
Enthalpie d'hydratation Kj/mol	-519	-406	-322	-1921	-1577	-4430	-515	-381